提高JWJ―C2型计轴传感器工作的稳定性

摘 要：以解决沙害地段对计轴设备的外界干扰为研究对象，通过收集资料、调查分析，对临策线荒漠区、无人区"JWJ-C2型"计轴电路工作参数实施改进，提高其工作稳定性，并进行多次实用性、破坏性试验，满足使用要求。

关键词：计轴设备；电路参数改进；提高稳定性

1 计轴设备构成及基本原理

1.1 系统结构

系统由车轮传感器、车轮电子检测器（ADE）、计轴主机、轴数显示器、传输通道及结合电路等构成。见图1。

1.2 系统工作过程

如图1所示。车轮传感器安装在进站信号机内方2～3m处，用于检查甲站与乙站区间的占用和空闲状态。当区间处于空闲状态，办理由甲站至乙站发车进路，通过计轴设备与结合电路（包括与半自动闭塞结合电路）构成自动站间闭塞。当列车出发、车轮驶入车轮传感器（A）作用区域时，甲站微机开始计轴，并判别列车运行方向，确定对轴数是累加计数还是递减计数。这时B计数结果为零，两站的微机通过站间传输通道互传轴数信息，经比较不一致后，同时发出区间占用信息，区间轨道继电器（QGJ）落下。当列车完全通过A端，A计数结果为N（列车轴数）；当列车驶离区间时，经过车轮传感器（B）作用区域时，乙站微机开始计轴，经两站的微机比较结果一致，同时输出区间空闲信息，驱动区间轨道继电器（QGJ）吸起。当列车完全进入乙站股道后，站间闭塞自动复原。

1.3 计轴设备基本原理

1.3.1 轴脉冲的形成

计轴设备采用电磁式有源传感器，利用电磁感应原理，在有车轮通过时产生磁场变化而检测到轮轴信号。车轮传感器的每套磁头包括发送（T）和接收（R）两个磁头，发送磁头安装在钢轨外侧，接收磁头安装在钢轨内侧。发送磁头的线圈和接收磁头的线圈及钢轨的几何形状如图2所示，发送线圈S和接收线圈E产生的磁通环绕过钢轨后形成两个磁通Φ1、Φ2，它们以不同的路径、相反的方向穿过接收线圈E。在没有车轮经过车轮传感器时，此时磁通Φ1远大于Φ2，在接收线圈内感应出一定的交流电压信号，其相位与发送电压相位相同。当有车轮经过车轮传感器时，由于车轮的屏蔽作用，整个磁通桥路发生变化，此时Φ1减小、Φ2增大，在接收线圈内感应的交流电压相位与发送电压相位相反。该相位变化经车轮电子检测器电路处理后，即形成了轴脉冲信号。

JWJ-C2型微机计轴设备的车轮传感器包括主传感器和辅助传感器，主传感器由两套磁头构成，辅助传感器由一套磁头构成。主、辅传感器分别安装在同一枕木空的两根钢轨上。当车轮经过时产生轴脉冲如图3所示。

1.3.2 计轴基本工作原理

计轴基本工作原理：如图4所示。基于列车（车辆）驶入和驶出计轴点所监视的区段时所记录轴数的比较结果，以此确定该区段的占用或空闲状态。当列车从所检查区段的A端进入，车轮驶入车轮传感器（A）作用区域时，微机开始计数，并判别运行方向，确定对轴数是累加计数还是递减计数。这时B计数结果为零，微机根据轴数信息，经比较不一致后，发出区段占用信息，控制该区段轨道继电器落下。当列车完全通过A端，A计数结果为N（列车轴数）。当列车驶离区段时，经过车轮传感器（B）计数为N，经微机比较结果一致，输出区段空闲信息，控制该区段轨道继电器吸起。

1.3.3 主要技术指标

（1）车轮传感器信号频率：主传感器2套磁头的工作频率f1=28.00kHz±0.50kHz，f2=24.00kHz±0.50kHz；辅助传感器的工作频率f3=20.00kHz±0.50kHz。（2）应变时间：占用不大于1s，空闲不大于2s。（3）系统供电电源：交流220V（电源允许波动范围：187V～242V），50Hz±1Hz；计轴设备配UPS电源，不间断供电时间不小于60min。（4）功耗：每个运算器功耗为50W，每个车轮电子检测器功耗为15W，维护机最大功耗为300W。（5）室内设备与计轴点之间最大通信距离4km。

2 计轴主要单元设备的构成及原理

2.1 计轴主要单元设备的构成

计轴主机的构成：计轴主机由主机机柜、运算器、防雷组匣、不间断电源及维护机或监控机等组成。（如图5所示）

2.2 运算器（以J・YG2-4型运算器为例）

J・YG2-4型运算器安装在J・G型主机机柜内，由J・XY1型运算器机箱和6种单元卡构成。6种单元卡由左到右分别为J・DY1型运算器电源卡（PCU）、J・KC型运算器测试卡（TSU）、JD・Z型主控卡（MCU）、J・CR型输入输出卡（IOU）、J・ZG型光纤转换卡（FCU）和J・X型显示卡（DPU）。

2.3 防雷组匣

J・UL型防雷组匣用于电源防雷、通道防雷和设备供电，安装在J・G型主机机柜内，由电源防雷单元、通讯防雷单元、空气开关、防雷隔离变压器、接线端子等器件及配线构成。

2.4 不间断电源

SURT1000XLICH型不间断电源用于提供计轴设备电源，安装在J・G型主机机柜内。

2.5 车轮电子检测器（ADE）

J・LC型车轮电子检测器（ADE）安装在XB2型轨道箱内，由J・XC型检测器机箱和6块单元卡组成，6块单元卡从左到右分别为J・S型计数卡（ACU）、J・JF-28型发送接收卡（TRU1）、J・C型检测卡（SDU）、J・JF-24型发送接收卡（TRU2）、J・JF-20型发送接收卡（TRU3）和J・DC型检测器电源卡（PDU）。J・LC1型车轮电子检测器（ADE）安装在J・XG型轨道箱内，由J・XC1型检测器机箱和7块单元卡组成，7块单元卡从左到右分别为J・S型计数卡（ACU）、J・JF1-28型发送接收卡（TRU1）、J・C型检测卡（SDU）、J・JF1-24型发送接收卡（TRU2）、J・JF1-20型发送接收卡（TRU3）、J・KCC型检测器测试卡（TSU）和J・DC1型检测器电源卡（PDU），在J・XG型轨道箱上还装有防雷单元和接线端子排等。

2.6 车轮传感器

车轮传感器成套使用，1套车轮传感器包含1个主传感器和1个辅助传感器。

主传感器由2套磁头、共用的1套底座、引接电缆及电缆护套构成。每套磁头包括1个发送磁头（T）和1个接收磁头（R），每个磁头上带有一条2芯屏蔽电缆，T1/R1磁头的工作频率为28KHz，T2/R2磁头的工作频率为24KHz。每套包括发送底座接收底座各1个，发送底座上带有2个电缆护套接头。

2.7 辅助传感器

辅助传感器由一套磁头、一套底座、引接电缆及电缆护套构成。磁头与主传感器通用，每个磁头上带有一条2芯屏蔽电缆，磁头的工作频率为20KHz。每套包括发送底座和接收底座各1个，在接收底座上带有1根电缆护套接头。

3 存在问题

J・LC1型车轮电子检测器（ADE）安装在J・XG型轨道箱内，由J・XC1型检测器机箱和7块单元卡组成。其中J・DC1型检测器电源卡（PDU）输出的是DC-24伏电源，供发送接收卡和检测卡工作。

3.1 工作环境与缺陷

临策铁路地处内蒙古西北部，线路沙害有440.7km，严重沙害219.8km，风沙埋道最严重时最厚达1m；自然环境异常恶劣：即临策铁路全线穿越乌兰布和、亚玛雷克、巴丹吉林沙漠近200公里，无人区400公里，沿线四季风大沙多，夏季温度最高达46摄氏度，地表温度高达70摄氏度，冬季最低温度达零下40多摄氏度。原电路的工作参数是：检测器电源卡（PDU）输出电压24V，在该电压供电方式下，发送接收卡提供给车轮传感器的磁头发送电压28V～40V，接收磁头感应出来的接收电压为15mV～70mV。在恶劣环境之下，传感器的接收磁头电压低于10mV的情况时有发生，而每当传感器的接收磁头电压低于10mV时，传感器的工作可靠性将大大降低，将会出现计轴不准确、传感器接收磁头电压低报警、传感器自检错误报警等情况，严重影响了运营效率。

3.2 针对问题，电路参数改进方案

基于这种情况，我们经过现场实地试验，将检测器电源卡（PDU）输出电压由24V提高到48V，提高了发送接收卡的工作电压，从而使得发送接收卡提供给车轮传感器的磁头发送电压由28V～40V提高到55V～65V，由于磁头发送电压的提高，使得接收磁头感应出来的接收电压由15mV～70mV提高到25mV～120mV。避免了传感器的接收磁头电压低于10mV的可能性，从而提高了传感器的工作可靠性，消除了计轴不准确、传感器接收磁头电压低报警、传感器自检错误报警等情况，因此提高检测器电源卡输出电压，最终导致传感器接收磁头接收电压提高的方案，可以很大程度的提高传感器工作的稳定性和可靠性，使得计轴系统能够更稳定可靠的工作。

3.3 改进电路方案论证

3.3.1 安全性：故障点没有增加，没有改动电路基本性能且不改动既有电路配线，符合信号故障导向安全原则，安全系数不变。

3.3.2 可靠性：只是将检测器电源卡（PDU）输出电压由24V提高到48V，电路原理、联锁关系没有改变，所以可靠性跟原来一样。

3.3.3 经济性：只是将检测器电源卡（PDU）输出电压提高，成本低、投入小，且改进后的电路大大提高了运输效率，适用性提高并能保证安全。

3.3.4 可操作性：检修工作和往常一样，在信号天窗点内就能进行，工作量小且便捷，且不改变以前的维修方式。

基于以上论证，2013年5月我们在临策线互做布其至额济纳间8个车站投入使用，连月来，工作性能稳定，效果良好，大大提高了运营效率。